[发明专利]一种船舶航迹航速整体规划方法

权利要求书

1.一种船舶航迹航速整体规划方法，其特征在于，包括如下步骤，

1)利用船舶油耗监测系统，收集船舶瞬时油耗数据，包括历次航行中船位报等数据，并对原始数据进行清洗，去除错误的数据或者不准确的数据，建立船舶瞬时油耗航行大数据库；

2)利用粗糙集中的属性约简理论与依赖度算法，或是聚类与决策树分析方法，从风、浪、流等影响参数中，寻找对油耗影响最重要的相关变量；

对于上述变量中相互影响效应较强的变量，进一步根据变量间的交互效应构建组合变量，包括组合水(即水深与流速的乘积)、投影风(即风速在船向上的投影分量)等，从而得出对油耗影响更大的变量参数。

3)提取船舶的瞬时油耗模型，寻找船舶油耗与风、浪、流、船速等通航环境参数之间的关系；

4)根据海图情况，采用栅格法对海域环境进行建模，将环境信息均匀划分成一定尺寸的二维栅格，并通过定义栅格属性来完成空间环境建模；

5)根据风、浪等因素对船舶航行油耗的影响，修改海域的栅格模型，在每个栅格中存储的海浪的波幅、海流的流速、海风的风速和它们的方向以及碍航物位置等信息作为栅格的属性；将这些属性代入到瞬时油耗模型中即可得到船舶经过该格栅的油耗估算模型；再利用船舶运动数学模型，即可得到在格栅风浪条件下的船舶航速与油耗值；从而得出考虑通航环境对能耗影响的虚拟栅格模型，是一种动态栅格，是一种动态栅格模型。

6)基于海域的栅格模型，基于改进的蚁群算法设计航迹，即在蚁群算法的信息素更新中加入风、浪等因素对船舶航行油耗的影响；在算法的迭代中，对能耗信息素进行优化选择，留下的信息素最大路径能代表能耗最优的船舶路径。

2.如权利要求1所述的船舶航迹航速整体规划方法，其特征在于，在步骤1)的数据采集中，为了保证油耗监测数据的瞬时性，采用基于zigbee的传感器器网络，针对各种监测参数的采集精度与频率的差别，在各个采集节点采集温度、压力、流量等信号汇聚给网关节点时，利用自组网的时间同步技术保证了节点时间的一致性，使瞬时油耗的监测顺利进行。

3.如权利要求1所述的船舶航迹航速整体规划方法，其特征在于，在步骤3)船舶的瞬时油耗模型建立方法如下：根据船、机、桨的匹配关系，主机转速和油耗是三次的对应关系，因此，提取船舶油耗模型时，基于三次拟合建立模型，进入引入其他通航环境因子，建立较为准确的船舶瞬时油耗模型。

4.如权利要求1所述的船舶航迹航速整体规划方法，其特征在于，步骤4)所述的用栅格法对海域环境进行建模的方法如下：

根据地理海图采用栅格法对海域环境进行建模，将环境地图信息均匀划分成一定尺寸的二维栅格，并通过定义栅格来完成空间环境建模。船舶需要往返位置①与位置②。在此海域环境的基础上进行栅格化处理，建立50×50的方阵网格并栅格化得到2500个栅格，规定每一个栅格的中心如果是岛屿则该栅格为障碍栅格，如果为海域则为自由栅格，自由栅格在工况的影响下可变成工况栅格。